论文摘要
现代电网已经发展成为多个区域构成的复杂互联电力系统,呈现出单机容量大、输电距离远以及耦合更加紧密的特点。当电网中出现大功率扰动时,会引发系统频率的变化并通过联络线迅速扩大影响范围,给电力系统的频率稳定和安全运行构成严重的威胁。尤其是大规模风电并网以后,其固有的随机性和波动性更容易造成系统有功频率的快速变化,给传统的频率控制方法带来了极大的挑战。为了提高风电并网以后互联电网的频率稳定性,降低常规机组的调节压力,改善互联电网的频率控制性能以及整体运行效率,必须对新形势下的互联电网频率问题展开深入且全面的研究工作,提出更为合理有效的频率控制策略。本文结合上述背景,针对相关技术问题,依次研究了双馈风电机组的一次调频特性,分析了风电并网以后对我国电网CPS考核指标的影响机理,并改进了互联电网的现有CPS考核评价逻辑,且提出了适用于含风电互联电网的最优动态闭环自动发电控制方法。论文第2章深入分析了双馈风力发电机组(DFIG)的一次调频特性,介绍了在双馈风力发电系统的数学模型,研究了当前DFIG的有功功率控制方法,并根据不同控制方法适用于不同风速范围的特点,将DFIG的运行模式划分为低速、中速和高速模式,从而确定了DFIG的参考输入及一次调频备用容量。为使得不同风速条件下的DFIG能够承担合理的一次调频容量,文中提出一种基于实时风速的DFIG变调差系数的方法。通过仿真建模及分析,论证了所提出的控制方法能够明显改善DFIG的一次调频性能,降低常规机组的调节压力。论文第3章首先从理论上分析了风电并网以后对互联电网频率特性系数和区域控制偏差的影响,然后从统计学原理的角度研究了风电对互联电网CPS考核指标的影响机理,推导了含风电互联电网CPS考核指标的变化规律,并给出了用于定量分析的CPS考核指标计算公式。利用MATLAB/SIMULINK进行仿真分析,验证了本文分析结论的正确性。为了消弱风电接入电网对CPS考核指标的影响,并降低常规机组的调节压力,本章提出了利用DFIG变调差系数的调频方法来改善系统的CPS考核指标,提高系统整体运行效率。仿真结果很好地验证了所提方法的有效性和可行性。论文第4章首先全面分析了互联电网现有CPS考核评价逻辑控制器的不足,提出了一种改进的CPS逻辑控制器,并给出了具体的控制策略以及相应的控制流程。此策略根据CPS1/CPS2门槛值来动态筛选区域控制偏差(ACE),确定AGC机组的控制行为,优化互联电网的频率控制过程。在仿真分析中,考虑风电机组调频特性的作用,对CPS门槛值进行了仿真分析,明确了门槛值对CPS考核指标和常规机组调节次数的具体影响,同时得出结论：在相同门槛值的情况下,风电参与调频可明显改善系统整体运行性能。为更全面地掌握所提策略的综合性能,选择一组较理想的CPS门槛值,利用比例积分(PI)控制方法,将所提控制策略与传统的CPS控制策略进行了比较,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高CPS考核指标,降低常规机组的调节次数,改善互联电网整体运行性能。论文第5章围绕含风电互联电网的自动发电控制方法展开研究,这里不考虑风电机组具有二次调频能力,针对风电接入系统以后传统PI控制方法动态特性差以及区域协调能力弱的缺点,重点研究常规机组二次调频方法。首先,研究建立了互联电网的自动发电控制状态空间模型,并对该模型进行标准化处理；其次,选择合理的状态变量并建立新的目标函数,提出了一种含风电互联电网最优动态闭环自动发电控制策略；最后,以某两区域水火电互联电网为例,将风电作为扰动源接入到火电区域中,结合前文提出的改进CPS考核控制逻辑,利用MATLAB/SIMULINK建立了仿真模型,对所提出的方法进行仿真分析,仿真结果表明：与传统的PI控制方法相比,本文所提的控制策略能够更有效地抑制风电并网后的有功频率波动,同时明显改善了互联电网的整体运行性能。论文第6章对全文所做的工作进行了总结,并对本课题的发展趋势进行了展望。